CN107757438A - 热传导表层 - Google Patents

Abstract

一种热传导表层，包括设置在上热传导元件和下热传导元件之间并且与上热传导元件和下热传导元件热接触的多个热电装置。热传导表层的厚度小于25mm。热电装置通过热隔离装置彼此分开。

Description

热传导表层

技术领域

本发明大体上涉及热传导表层。更具体地，本发明涉及对加热和冷却例如车辆座椅的表面有用的热传导表层。

背景技术

加热和冷却的表面在所尝试不同的领域中是令人满意的。经常地，在消费品中寻求加热和冷却表面，例如，车辆座椅总成、建筑物或家的地板、车辆方向盘、电毯等。然而，用于提供加热和冷却的表面的当前解决方案通常太厚而无法符合他们所计划用于的基材的轮廓。进一步地，用于提供加热和冷却的表面的当前解决方案会花费相当长的时间才达到用户可感知的温度变化。

发明内容

根据本发明的一方面，热传导表层包括设置在上热传导元件和下热传导元件之间的多个热电装置。热电装置与上热传导元件和下热传导元件热接触。热电装置通过热隔离装置彼此分开。自由流动流体层松散地附接至下热传导元件的下侧并且设置在下热传导元件和空气密封板之间。支撑材料邻接空气密封板的下侧。

根据本发明的另一方面，热传导表层包括设置在上热传导元件和下热传导元件之间的多个热电装置。热电装置与上热传导元件和下热传导元件热接触。热电装置通过热隔离彼此分开。支撑材料邻接下热传导元件的下侧。

根据本发明的又一方面，热传导表层包括设置在柔性的热控制板内的多个热电装置。柔性的热控制板具有小于25mm的厚度。支撑材料邻接柔性的热控制板的下侧。

根据本发明，提供一种热传导表层，包含：

设置在上热传导元件和下热传导元件之间并且与所述上热传导元件和所述下热传导元件热接触的多个热电装置，其中所述热电装置通过热隔离装置彼此分开；

松散地附接至所述下热传导元件的下侧并且设置在所述下热传导元件和空气密封板之间的自由流动流体层；和

邻接所述空气密封板的下侧的支撑材料。

根据本发明的一个实施例，其中所述支撑材料是车辆座椅。

根据本发明的一个实施例，其中所述表层的厚度小于10mm。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

包括正极和负极的电源，其中所述正极附接至所述上热传导元件和所述下热传导元件中的一个，并且所述负极附接至所述上热传导元件和所述下热传导元件中的另一个。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

至少一个温度监测器，所述至少一个温度监测器定位为靠近所述车辆座椅的乘员以监测所述乘员的温度、所述上热传导元件的温度、和所述下热传导元件的温度中的至少一个。

根据本发明的一个实施例，其中所述电源由方波脉冲宽度调制来调制。

根据本发明，提供一种热传导表层，包含：

设置在上热传导元件和下热传导元件之间并且与所述上热传导元件和所述下热传导元件热接触的多个热电装置，其中所述热电装置通过热隔离装置彼此分开；和

邻接所述下热传导元件的下侧的支撑材料。

根据本发明的一个实施例，其中所述支撑材料是车辆座椅。

根据本发明的一个实施例，其中所述支撑材料具有多个开放的流体流动结构。

根据本发明的一个实施例，其中所述表层的厚度小于5mm。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

包括正极和负极的电源，其中所述正极附接至所述上热传导元件和所述下热传导元件中的一个，并且所述负极附接至所述上热传导元件和所述下热传导元件中的另一个。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

至少一个温度监测器，所述至少一个温度监测器定位为靠近所述车辆座椅的乘员以监测所述乘员的温度、所述上热传导元件的温度、和所述下热传导元件的温度中的至少一个。

根据本发明的一个实施例，其中所述电源由方波脉冲宽度调制来调制。

根据本发明，提供一种车辆座椅总成，包含：

设置在柔性的热控制板内的多个热电装置，其中所述柔性的热控制板具有小于25mm的厚度；和

邻接所述柔性的热控制板的下侧的支撑材料。

根据本发明的一个实施例，其中所述柔性的热控制板进一步包含：

与所述多个热电装置处于热和电接触的上热传导元件和下热传导元件，其中所述热电装置通过热隔离装置彼此分开。

根据本发明的一个实施例，其中所述柔性的热控制板是压缩的无纺布纤维。

根据本发明的一个实施例，其中所述支撑材料是车辆座椅。

根据本发明的一个实施例，其中所述支撑材料具有多个开放的流体流动结构。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

包括正极和负极的电源，其中所述正极附接至所述上热传导元件和所述下热传导元件中的一个，并且所述负极附接至所述上热传导元件和所述下热传导元件中的另一个。

根据本发明的一个实施例，其中所述压缩的无纺布纤维是聚酯。

本领域的技术人员阅读下述的说明、权利要求和附图后会更好地理解本发明的这些和其它方面、目的及特征。

附图说明

附图中：

图1是具有在车辆的客舱的前部中的座椅总成的车辆座椅配置的侧面透视图；

图2是具有在车辆的客舱的后部中的座椅总成的车辆座椅配置的侧面透视图；

图3是沿着图1的线III-III的图示在座椅总成上的热传导表层的一个实施例的剖视图；

图4是沿着线III-III的类似于图3的示出了热传导表层的实施例的不同部分的剖视图；

图5是沿着线III-III的热传导表层的另一个实施例的剖视图；

图6是沿着线III-III的热传导表层的另一个实施例的剖视图；

图7是沿着线III-III的热传导表层的另一个实施例的剖视图；

图8是沿着线III-III的热传导表层的附加实施例的剖视图；

图9是可用在热传导表层中的热电装置的一个实施例的详细视图；

图10是可用在热传导表层中的热电装置的另一个实施例的详细视图。

具体实施方式

为了本发明中的说明目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”及其派生词应当如图1中的取向与本发明相关联。但是，本发明可以采用各种可供选择的方向，除非有相反的明确说明。此外，附图所示及以下说明书所说明的具体装置和程序仅是所附权利要求限定的发明构思的示例性实施例。因此，关于此处公开的实施例的具体的尺寸和其它物理特征不应被认为是限制性的，除非权利要求中另有明确声明。

本发明举例说明的实施例主要存在于涉及热传导表层的方法步骤和设备部件的组合中。因此，设备部件和方法步骤已经在适当的情况下通过附图中的常规符号表示，仅示出了与理解本发明的实施例相关的那些特定细节，以便不会被对受益于在此说明的本领域技术人员来说是显而易见的那些细节混淆了本发明。进一步地，说明书和附图中相同的附图标记表示相同的元件。

如在此所使用的，术语“和/或”，当用在两个或多个项目的列表中时，意味着可使用所列的项目的任何一个自身，或所列的项目的两个或多个的任何组合。例如，如果构成被描述为包含部件A、B、和/或C，构成可仅包含A；仅包含B；仅包含C；A和B的组合；A和C的组合；B和C的组合；或A、B、和C的组合。

本发明中，相关的术语，例如第一和第二、顶和底等，仅用于区分一个实体或动作与另一实体或动作，不必然要求或意味在这样实体或动作之间任何实际的这样的关系或顺序。术语“包含”或它的任何其它变化旨在覆盖非排他的包含，以致包含一列元件的程序、方法、物品、或装置不仅包括哪些元件还包括未明确列出或这些程序、方法、物品、或装置固有的其它元件。在没有更多约束的情况下，紧接着“包含…一个”的元件不排除在包含该元件的程序、方法、物品、或装置中的额外相同元件的存在。

参照图1-10，附图标记20大体上指代车辆，例如，轮式机动车辆。车辆20被示出具有一个或多个车辆座椅总成24，每个都具有座椅28和座椅靠背32。车辆座椅总成24装备有在图1和2中以虚线示出的热传导表层36。热传导表层36是柔性的并且可定位在车辆座椅总成24上的任何期望的位置。例如，热传导表层36可定位在车辆座椅总成24的乘员接触车辆座椅总成24的表面的位置。热传导表层36的柔性使得热传导表层36局部变形至车辆座椅总成24的乘员的轮廓。这高度柔性导致乘员感觉不到热传导表层36的存在。此外，热传导表层36可被直接定位在覆盖车辆座椅总成24的装饰或织物下面。将热传导表层36定位在如此靠近车辆座椅总成24的表面的位置允许表面的快速加热和/或冷却以致根据热传导表层36的加热或冷却激活，乘员感知到近乎瞬间的用户可感知的温度变化。热传导表层36在车辆座椅总成24内的位置可包括但不限于，座椅28的中心区域、座椅28的大腿区域44、座椅侧垫48、座椅靠背32的下背部区域52、座椅靠背32的上背部区域56、座椅靠背侧垫60、和头枕64。

虽然示出为在车辆座椅总成24中使用，但是在不背离在此公开的构思的情况下热传导表层36可使用在车辆20中的别处或不涉及车辆的其它应用中。例如，热传导表层36可使用在方向盘68、杯托、肘靠、侧视镜、地板总成、加热和/或冷却的毯子、可穿戴热控制的(即，加热和/或冷却的)衣服中，例如，手套、衬衫、裤子、帽子、夹克衫、袜子等。热传导表层36可由各种材料制成。那些材料包括，但不限于，压缩的无纺布纤维。例如，可使用聚酯。更具体地，可使用聚对苯二甲酸乙二醇酯。

现参照图3和4，示出了热传导表层36的一个实施例的沿着线III-III的剖视图。热传导表层36包括定位在上热传导元件76和下热传导元件80之间的多个热电装置72。热电装置72通过热绝缘装置84彼此分开。热绝缘装置84也将上热传导元件76和下热传导元件80分开。热电装置72与上热传导元件76和下热传导元件80热接触。自由流动流体层88松散地附接至下热传导元件80的下面。自由流动流体层88被定位在下热传导元件80和下面的空气密封板92之间。支撑材料96邻接空气密封板92的下面。自由流动流体层88的液体在该实施例中是空气。然而，在不背离在此公开的构思的情况下，自由流动流体层88可以是其它流体，例如，液体。自由流动流体层88可具有由流体移动装置104——例如，风扇或泵——提供的诱发流体流100。流体移动装置104可改进从下热传导元件80至自由流动流体层88或从自由流动流体层88至下热传导元件80的热传递，以致座椅28或座椅靠背32的表面108被快速加热或冷却。快速加热和/或冷却可以是足够快到被视为近乎瞬间加热和/或冷却。在该实施例中的支撑材料96可以是座椅28和座椅靠背32中的至少一个。热传导表层36被定位在座椅28和座椅靠背32中的至少一个的表面108的下面。热传导表层36可具有小于25mm的厚度T。可选择地，热传导表层36的厚度T可以小于20mm。热传导表层36的另一可选择厚度T可以小于15mm。热传导表层36的另一可选择厚度T可以小于10mm。更具体地，热传导表层36的厚度T可以在6mm和10mm之间。在另一选择中，厚度T可以小于5mm。更具体地，热传导表层36的厚度T可以在3mm和5mm之间。

进一步参照图3和4，第一导电元件112(例如电线)与上热传导元件76电接触。第二导电元件116(例如电线)与下热传导元件80电接触。第一导电元件112和第二导电元件116由电源118供给电力。第一导电元件112和第二导电元件116中的一个被用作正极，而第一导电元件112和第二导电元件116中的另一个被用作负极。电源118的输出可以是连续的、已调制的、模拟的、数字的、或其组合。改变电源118的输出可控制由热传导表层36提供的表面108的加热或冷却的强度。在使用电源118的输出的调制的实施例中，调制可以是脉冲宽度调制，例如方波脉冲调制宽度，其中波的峰宽直接与由热传导表层36提供的表面108的加热或冷却的强度成比例。即，如果波的峰宽更宽，那么电源118在给定的开关、或工作周期的持续时间期间在更长一段时间内处于导通状态。因此，电源118处于工作周期的导通状态的时间越长，在表面108经历的加热或冷却的强度越大。温度监测器(例如恒温器)可监测乘员的温度、上热传导元件的温度、和下热传导元件的温度中的至少一个。附加地，温度监测器(例如恒温器)可连接至热传导表层36或车辆座椅总成24的表面108以促进电源118的调制。电源118的调制可用于改变被加热和/或冷却的表面108的温度强度。调制可保证热传导表层36的用户在他们整个使用期间保持舒适。换言之，温度监测器可用于改变电源118的调制以致用户在其过渡到他们的舒适区之外时无需重复开启和关闭热传导表层36。因此，热传导表层36可在寒冷天气中自动控制表面108的温度以使车辆座椅总成24在加热时不变的过热或过冷。类似地，热传导表层36可在热天气中自动控制表面108的温度以使车辆座椅总成24在冷却时不变的过冷或过热。第一导电元件112和第二导电元件116的极性可被切换，以改变热传导表层36是加热或冷却表面108。

现参照图5，示出了热传导表层36的另一实施例的沿着线III-III的剖视图。上述关于图3和4描述的元件的一些在本实施例中列举。为了保持简洁和清楚，在实施例之间这些共用元件将不被重复描述。支撑材料96包括多个开放的流体流动结构120。在支撑材料96中的开放的流体流动结构120允许流体122(例如，空气)的扩散，以提供下热传导元件80的循环和透气性以改进热传导表层36的效率和热传递。换言之，支撑材料96可被提供具有开放的流体流动结构120以从热传导表层36消除上述的自由流动流体层88。开放的流体流动结构120的使用减少了热传导表层36的厚度T，当其与使用自由流动流体层88的实施例相比时。空气可通过支撑材料96和/或开放的流体流动结构120扩散。热传导表层36在示出的座椅实施例中被定位在座椅28和座椅靠背32的至少一个的表面108的下面。

现参照图6，示出了热传导表层36的另一实施例的沿着线III-III的剖视图。热传导表层36包括定位在上热传导元件76和下热传导元件80之间的多个热电装置72。热电装置72通过一系列热桥断路器(thermal bridge breaker)124彼此分开。该系列热桥断路器124也将上热传导元件76和下热传导元件80分开。该系列热桥断路器124在上热传导元件76和下热传导元件80之间创建通道128。更具体地，该系列热桥断路器124将上热传导元件76与通道128和下热传导元件80隔离。通道128与下热传导元件80接触并且改进远离下热传导元件80的热传递。通过改进远离下热传导元件80的热传递，热传导表层36变得更有效。在本实施例中，下热传导元件80根据用户是否期望表面108被加热或冷却而充当加热或冷却的散热装置(sink)。即，不期望的温度通过热电装置72从上热传导元件76至下热传导元件80舍弃，因此提供加热或冷却的表面108。

现参照图7，示出了热传导表层36的另一实施例的沿着线III-III的剖视图。上述关于图6描述的元件的一些在本实施例中列举。为了保持简洁和清楚，在实施例之间这些共用元件将不被重复描述。本实施例使用流体移动装置104，例如，风扇或泵。流体移动装置104可提供改进从下热传导元件80至通道128内的流体的热传递的诱发流体流100。

现参照图8，示出了热传导表层36的另一实施例的沿着线III-III的剖视图。本实施例类似于在图6和7中的上述实施例。为了保持简洁和清楚，在实施例之间这些共用元件将不被重复描述。在该实施例中支撑材料96是座椅28和座椅靠背32中的至少一个。支撑材料96包括通过支撑材料96示出的多个开放的流体流动结构120，其从下热传导元件80垂直向下延伸。在一个实施例中，热传导表层36被定位在座椅28和座椅靠背32的至少一个的表面108的下面。表面108相对于热传导表层36的限定的厚度T的视厚度，不旨在描述表面108的厚度。而是，表面108在概念上示为定位在热传导表层36上面的一定厚度的层，以致热传导表层36的加热和/或冷却可被完成。本领域技术人员将意识到的是，表面108的厚度可大于、小于、或等于热传导表层36的厚度T。

参照图9，详细示出了在热传导表层36中使用的热电装置72的一个实施例。热电装置72以冷却模式示出。在该模式中，热电装置72吸收来自于第一侧136的热132并排斥来自于第二侧144的热140。邻接第一侧136的下侧和第二侧144的上侧的是由热和/或电传导材料——例如，铜——制成的热导体148。P型152和N型156半导体被用于从第一侧136至第二侧144传递热。散热器160连接至第二侧144的下侧用于排斥热140。直流164可被供给至热电装置72以提供处于冷却模式中的热电装置72。以与所描述的相反的操作热电装置72提供处于加热模式中的热电装置72。关于热电装置72的制造和操作的更多信息参见名称为“热电冰箱的热电冷却装置、适用于热电冷却装置的半导体制造程序、和使用热电冷却装置的热电冰箱”的美国专利文献5,409,547、名称为“表征热电发电的电子装置”的美国专利文献6,288,321、名称为“热电发电机”的美国专利文献6,620,994，其通过参考方式被整体合并于此。

现参照图10，示出了在图9中的上述热电装置72的附加实施例。在该实施例中，上热传导元件76通过第一连接元件168与热电装置72的第一侧136热接触。下热传导元件80通过第二连接元件172与热电装置72的第二侧144热接触。附加地，第一连接元件168与第二连接元件172与热导体148电接触。第一连接元件168与第二连接元件172是电和/或热传导的。

在本发明中描述的热传导表层36可具有小于25mm的厚度T。热传导表层36的薄的性质允许其靠近用户的皮肤使用并且因此提供被用于加热和/或冷却的表面108的近乎瞬间的加热和/或冷却。附加地，热传导表层36的薄的性质导致热传导表层36能够直接安装在支撑材料96上并且在非通风的表面正下方，例如，车辆座椅总成24的非通风的装饰件。因此，热传导表层36可用作装配线环境中的铺设选项，其中可选择地包括的模块化组合是合适的和有利的。

除了非常薄的，热传导表层36是柔性的并且能够局部变形，以致热传导表层36可符合用户轮廓。热传导表层36可定制或卷绕到卷筒上。当滚到卷筒上时，热传导表层36可从薄片切下以符合其计划的应用。即，滚筒料可以是可定制切下以符合各种形状、尺寸、和应用的批量供给。进一步地，本发明的热传导表层36的特殊的柔性在不对远离局部变形的另一热传导表层36部分施加过度形变的情况下允许热传导表层36的一部分的大量的局部变形。即，大量的局部变形不导致在远离局部变形的区域中的部件的故障或断裂，例如，上或下传导元件76、80。在一个实施例中，这可通过在热传导表层36内提供驱散应力结构实现。热传导表层36的大量的局部变形可当，例如，用户跪在车辆座椅总成24上并且因此比当坐在车辆座椅总成24中时将他们的体重集中在更小的表面区域时发生。

本领域技术人员和那些制造或使用本发明的人将想到本发明的改进。因此，应理解的是，在附图中示出的和上述的实施例仅用于举例说明的目的并且不旨在限制本发明的范围，本发明的范围通过根据专利法的原则(包括等同原则)所理解的以下权利要求限定。

所属技术领域的技术人员应当理解的是，所描述的本发明的结构和其它组件不限于任何具体的材料。这里公开的本发明的其它示例性实施例可以由任何种材料制成，除非这里另有说明。

为了说明，术语“连接”(各种形式的连接)总体上指两个(电的或机械的)组件彼此直接或间接的接合。这样的接合可以是实质上固定的或实质上可移动的。这样的接合可以通过两个(电的或机械的)组件以及与彼此或两个组件一体成型为一个单独的整体的任何附加的中间组件实现。如无相反的说明，这样的接合可以是实质上永久的或可以是实质上可移除的或可拆离的。

同样重要的是，需注意示例性实施例中示出的本发明的元件的构造和设置仅是示例性的。尽管本发明的很少一些实施例在说明书中进行了详细说明，阅读本发明的本领域的技术人员将容易地理解到，多种变化也是可能的(例如各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例，参数值，安装布置，材料的应用，颜色，方位等)而实质上并不脱离本发明的新颖教导和优势。例如，示出为一体成型的元件可以由多个元件构成，或者示为多个零件的元件可以一体地形成，界面的操作可以倒过来或做其他变化，系统的结构和/或部件或连接器或其它元件的长度或宽度可以改变，元件之间提供的调节位置的类型或数目可以改变。应注意的是，系统的元件和/或总成可以由提供足够强度或耐用性的任意具有多种色彩、纹理或其组合的多种类型材料中的任一种形成。因此，所有这些变化均包括于本发明的保护范围内。可以对上述的实施例和其它示例性实施例的设计、操作条件和设置进行其它的替代、修正、改变和省略而不脱离本发明的精神。

应理解到的是，任何所述的过程或所述过程中的步骤可以与其它公开的过程或步骤组合以形成本发明的保护范围内的结构。此处公开的示例性的结构和过程仅用于说明而不构成对本发明的限制。

还应理解到的是，对前述的结构和方法所做的改变和修正并不脱离本发明的保护范围，进一步地应理解到的是，这些概念涵盖于权利要求中，除非这些权利要求的文字表述有相反的表示。

Claims (12)

1.一种热传导表层，包含：

设置在上热传导元件和下热传导元件之间并且与所述上热传导元件和所述下热传导元件热接触的多个热电装置，其中所述热电装置通过热隔离装置彼此分开；和

邻接所述下热传导元件的下侧的支撑材料。

2.根据权利要求1所述的热传导表层，进一步包含：

松散地附接至所述下热传导元件的下侧并且设置在所述下热传导元件和空气密封板之间的自由流动流体层。

3.根据权利要求1所述的热传导表层，其中所述支撑材料具有多个开放的流体流动结构。

4.根据权利要求1所述的热传导表层，其中所述支撑材料是车辆座椅。

5.根据权利要求1所述的热传导表层，其中所述支撑材料具有多个开放的流体流动结构。

6.根据权利要求1所述的热传导表层，其中所述表层的厚度小于5mm。

7.根据权利要求1所述的热传导表层，进一步包含：

包括正极和负极的电源，其中所述正极附接至所述上热传导元件和所述下热传导元件中的一个，并且所述负极附接至所述上热传导元件和所述下热传导元件中的另一个。

8.根据权利要求4所述的热传导表层，进一步包含：

至少一个温度监测器，所述至少一个温度监测器定位为靠近所述车辆座椅的乘员以监测所述乘员的温度、所述上热传导元件的温度、和所述下热传导元件的温度中的至少一个。

9.根据权利要求7所述的热传导表层，其中所述电源由方波脉冲宽度调制来调制。

10.根据前述权利要求中任一项所述的热传导表层，其中所述热传导表层安装在车辆中。

11.一种热传导表层，包含：

设置在上热传导元件和下热传导元件之间并且与所述上热传导元件和所述下热传导元件热接触的多个热电装置，其中所述热电装置通过热隔离装置彼此分开；

松散地附接至所述下热传导元件的下侧并且设置在所述下热传导元件和空气密封板之间的自由流动流体层；和

邻接所述空气密封板的下侧的支撑材料。

12.一种车辆座椅总成，包含：

设置在柔性的热控制板内的多个热电装置，其中所述柔性的热控制板具有小于25mm的厚度；和

邻接所述柔性的热控制板的下侧的支撑材料。